Lois de Newton

Les lois du mouvement de Newton d√©crire la relation entre les forces agissant sur un corps et le mouvement de ce corps d√Ľ √† ces forces. Ceux-ci constituent les principes fondamentaux utilis√©s pour analyser le mouvement des corps et sont √† la base de la m√©canique classique.

Les trois lois de Newton ont été publiées en 1687 par Isaac Newton (1643-1727) dans son ouvrage Principes mathématiques de la philosophie naturelle (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica).

Premi√®re loi de Newton: loi d’inertie

La premi√®re loi de Newton stipule que si la r√©sultante des forces exerc√©es sur un corps est nulle, le corps restera au repos s’il √©tait initialement au repos, ou il restera en mouvement rectiligne uniforme s’il √©tait initialement en mouvement.

Donc, pour qu’un corps sorte de son √©tat de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, il faut qu’une force agisse sur lui.

La premi√®re loi de Newton est √©galement appel√©e “Loi d’inertie” ou “principe d’inertie”. L’inertie est la tendance des corps √† rester au repos ou en mouvement rectiligne uniforme.

Par cons√©quent, si la somme vectorielle des forces est nulle, cela entra√ģnera l’√©quilibre des particules. En revanche, s’il y a des forces r√©sultantes, il produira une variation de sa vitesse.

Plus la masse d’un corps est grande, plus sa tendance √† rester au repos ou en mouvement rectiligne uniforme est grande.

Exemple de la première loi de Newton

Prenons l’exemple d’un conducteur qui conduit une voiture √† une certaine vitesse, un chien passe devant la voiture et le conducteur freine rapidement. Dans cette situation, les passagers continuent le mouvement et sont projet√©s vers l’avant.

Deuxième loi de Newton: loi fondamentale de la dynamique

La deuxi√®me loi de Newton est le principe fondamental de la m√©canique et d√©clare que l’intensit√© de la r√©sultante des forces exerc√©es sur un corps est directement proportionnelle au produit de l’acc√©l√©ration qu’il acquiert par la masse du corps:

Deuxième loi de Newton

O√Ļ F C’est le r√©sultat des forces qui agissent sur le corps; m, la masse du corps; √†, l’acc√©l√©ration du corps.

Dans le système international, les unités de mesure sont:

Pour F (force): newtons (N).
Pour m (masse): kilogrammes (kg).
Pour a (accélération): mètres par seconde au carré (m / s2).

Il est important de souligner que la force est un vecteur, c’est-√†-dire qu’elle a un module, une direction et un sens. Par cons√©quent, lorsque plusieurs forces agissent sur un corps, elles s’ajoutent de mani√®re vectorielle et le r√©sultat est la force r√©sultante.

La fl√®che au-dessus des lettres dans la formule repr√©sente que la force et l’acc√©l√©ration sont des vecteurs et que la direction et la direction de l’acc√©l√©ration seront les m√™mes que la force r√©sultante.

Exemple de la deuxième loi de Newton

Un chariot de march√© est plus facile √† d√©placer s’il est vide, c’est-√†-dire qu’il n√©cessite moins de force pour se d√©placer car il a moins de masse. En revanche, s’il est plein, il en co√Ľte plus cher pour le d√©placer.

Troisi√®me loi de Newton: loi d’action et de r√©action

La troisi√®me loi de Newton s’appelle loi d’action et de r√©action, dans lequel chaque force d’action correspond √† une force de r√©action.

De cette fa√ßon, les forces d’action et de r√©action, qui agissent par paires, ne s’√©quilibrent pas, une fois qu’elles sont appliqu√©es √† des corps diff√©rents. Se souvenir que ces forces ont la m√™me amplitude et la m√™me direction mais dans la direction oppos√©e.

Exemple de la troisième loi de Newton

Une fa√ßon d’illustrer la troisi√®me loi de Newton pourrait √™tre la suivante: il y a deux patineurs, debout l’un en face de l’autre. Si l’un d’eux pousse l’autre, ils se d√©placeront tous les deux dans des directions oppos√©es.

Voir aussi Isaac Newton.

Points clés à retenir sur les lois de Newton

  • Les trois lois de Newton sont √† la base de la m√©canique.
  • La force r√©sultante est la somme de toutes les forces agissant sur un objet. Les forces de m√™me ampleur mais dans des directions oppos√©es s’annulent.
  • L’acc√©l√©ration d’un objet est proportionnelle √† la force qui lui est appliqu√©e.
  • La force fait bouger un objet.
  • Un objet de plus grande masse n√©cessite plus de force pour se d√©placer.
  • La friction est la force entre les objets et la surface sur laquelle ils se d√©placent.
  • L’inertie est la tendance d’un corps en mouvement √† rester en mouvement et d√©pend de la masse.

Exercices sur les lois de Newton (avec solutions)

Exercice 1

Question: Lorsqu’il n’y a pas de forces r√©sultantes sur un objet en mouvement, il s’immobilise en raison de son inertie. Vrai ou faux?

R√©ponse: Faux. Si aucune force r√©sultante n’est appliqu√©e √† un objet en mouvement, sa vitesse ne change pas. La raison pour laquelle les objets arr√™tent de bouger est que la friction les ralentit. L’inertie n’est pas une force. C’est la tendance d’un objet √† r√©sister √† un changement de sa vitesse.

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Exercice 2

Question: Deux jeunes hommes tirent une corde dans des directions oppos√©es Quelle est la force ¬ę√©gale et oppos√©e¬Ľ √† la force de la main d’un des jeunes hommes tirant la corde selon la troisi√®me loi de Newton?

R√©ponse: La force de la corde tirant la main du jeune dans la direction oppos√©e. Parce que? Si l’objet A applique une force √† l’objet B, alors la force “√©gale et oppos√©e” est la force que B applique sur A (m√™me amplitude, mais direction oppos√©e). Ils ne s’annulent pas car ils agissent sur deux corps diff√©rents. La troisi√®me loi de Newton d√©crit la force de la corde qui tire la main dans la direction oppos√©e.

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Exercice 3

Question: Un astronaute per√ßoit qu’il s’√©loigne lentement de la station spatiale et que la corde de liaison est cass√©e. Dans ses mains, il a une √©quipe de 5 kg. Que pourrait faire l’astronaute rapidement?

R√©ponse: Devrait jeter l’√©quipe dans la m√™me direction qu’elle s’en va. Selon la troisi√®me loi de Newton, l’√©quipe appliquera la m√™me force dans la direction oppos√©e, c’est-√†-dire vers la station spatiale.

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Exercice 4

Question: Dans une expérience, le bloc I (m = 10 kg) et le bloc II (m = 6 kg) sont reliés par une corde idéale. Dans un premier temps, une force égale à 64N est appliquée au bloc I, générant une tension TA dans la corde. Ensuite, une force de même magnitude F est appliquée au bloc II, produisant une tension TB, comme le montre le diagramme.

exercice alternatif 4

Si l’on consid√®re le frottement entre les blocs et la surface comme n√©gligeable, la relation entre les contraintes correspond √†:

a) 9/10
b) 4/7
c) 3/5
d) 8/13

Bonne réponse: Option c.

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Exercice 5

Question: √Ä l’int√©rieur d’un avion qui se d√©place horizontalement par rapport au sol, √† une vitesse constante de 1000 km / h, un passager laisse tomber un verre. Observez la figure dans laquelle quatre points sont indiqu√©s sur le plancher du couloir d’avion et la position du passager. Sur lequel des points marqu√©s le verre tombe-t-il?
exercice 5

Réponse: À propos du point R.

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√Čtapes pour r√©soudre les probl√®mes de loi de Newton

√Čtape 1

Identifiez les principes physiques impliqués. Dessinez un aperçu de la situation. Utilisez les flèches pour montrer les forces, leur direction et leur ampleur.

√Čtape 2

Identifiez ce qui est requis dans le probl√®me et ce qui est connu ou d√©duit du probl√®me. Ensuite, d√©terminez le syst√®me d’int√©r√™t. Cette √©tape est critique, puisque la deuxi√®me loi de Newton ne consid√®re que les forces externes. La troisi√®me loi de Newton peut √™tre utilis√©e si des forces sont exerc√©es entre les composants d’un syst√®me (interne) ou entre le syst√®me et quelque chose d’ext√©rieur (externe).

Dessinez un diagramme de corps libre montrant le syst√®me d’int√©r√™t et les forces externes (aucune vitesse ou acc√©l√©ration n’est indiqu√©e).

√Čtape 3

Une fois que les forces externes sont clairement identifi√©es sur un diagramme de corps libre, l’√©quation peut √™tre √©crite pour d√©terminer le param√®tre inconnu. Si le probl√®me est unidimensionnel – c’est-√†-dire que les forces sont parall√®les – alors les scalaires sont ajout√©s. Si le probl√®me est bidimensionnel, il doit √™tre s√©par√© en ses composants unidimensionnels. Cela se fait en projetant les vecteurs des forces sur un ensemble d’axes choisis par commodit√©. Par exemple, lorsque le probl√®me a un plan inclin√©, un axe est repr√©sent√© parall√®le √† la diagonale, et un autre perpendiculaire.

√Čtape 4

V√©rifiez la solution pour voir si elle est raisonnable. Dans la plupart des cas, c’est √©vident. Par exemple, lorsqu’il y a frottement, le glissement d’un objet sur un plan inclin√© ralentit. Une autre fa√ßon de v√©rifier la solution est de v√©rifier les unit√©s: si le param√®tre inconnu est Force et que les unit√©s sont en kg, il y a √©videmment une erreur.

 

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